Elektroni on subatominen hiukkanen, jonka negatiivinen sähkövaraus on sama, mutta vastakkainen kuin protonin positiivinen varaus. Nämä kaksi hiukkasia yhdessä neutronien kanssa muodostavat atomeja, joiden protonit ja neutronit sijaitsevat ytimessä ja elektronit ympäröivillä kiertoradilla, joita sähkömagneettinen voima pitää paikallaan. Ne ovat mukana kemiallisessa sidoksessa, voivat virrata joidenkin materiaalien läpi sähkövirrana ja ovat vastuussa kiinteiden esineiden lujuudesta. Hiukkasilla on pieni massa, noin 1/1836th protonin massasta, ja niiden uskotaan olevan perustavanlaatuisia, eli eivät koostu pienistä komponenteista.
Vaikka on usein kätevää ajatella, että elektronit ovat pieniä, pisteellisiä hiukkasia, ne voivat, kuten muutkin subatomiset hiukkaset, joskus käyttäytyä aaltoina. Tätä kutsutaan aalto-hiukkasten kaksinaisuudeksi. Koska kukaan ei voi nähdä elektronia edes tehokkaimpia ja arkaluonteisimpia käytettävissä olevia instrumentteja käyttäen, on mahdollista rakentaa vain malleja, jotka yrittävät selittää käyttäytymistään. Joissakin tapauksissa “hiukkasmalli” toimii parhaiten ja toisissa “aalto” -malli. Useimmiten näitä kokonaisuuksia kutsutaan kuitenkin hiukkasiksi.
Elektronit jokapäiväisessä elämässä
Elektronit ovat keskeisessä asemassa kaikessa, mitä ihmiset kokevat päivittäin. Niiden keskinäinen sähköinen torjunta estää kiinteiden esineiden kulkemisen toistensa läpi huolimatta siitä, että atomit, joista esineet on tehty, ovat enimmäkseen tyhjää tilaa. Nämä hiukkaset ovat myös vastuussa siitä, että atomit voivat liittyä yhteen muodostaen molekyylit, jotka muodostavat maan ja elämän. Nykyaikainen sivilisaatio ja tekniikka ovat vahvasti riippuvaisia sähköstä, johon liittyy elektronien liike.
Atomeja, alkuaineita ja molekyylejä
Kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet riippuvat niiden elektronien lukumäärästä ja niiden järjestyksestä atomissa. Nämä tekijät määräävät, kuinka elementin atomit yhdistyvät muiden atomien kanssa muodostaen molekyylejä. Kun atomit yhdistyvät, ne tekevät sen siten, että saavutetaan alhaisempi energiataso. Elektronien voidaan ajatella olevan järjestettyjä samankeskisiin kuoriin, joista jokaisella on enimmäismäärä. Yleensä alin energiatila saavutetaan kahden atomin välillä, kun molemmat kykenevät täyttämään uloimmat kuorensa.
Atomeilla on kaksi pääasiallista tapaa yhdistää tai muodostaa kemiallinen sidos keskenään. Ionisidoksessa atomi lahjoittaa yhden tai useamman elektronin toisen elementin toiselle atomille, normaalisti siten, että molemmat saavuttavat täyden ulkokuoren. Koska atomilla on normaalisti sama määrä elektroneja kuin protoneilla, se on sähköisesti neutraali, mutta joidenkin menettäminen tai saaminen antaa sille positiivisen tai negatiivisen varauksen muodostaen ionin. Metallilla on taipumus lahjoittaa elektroneja ei-metallille ionisen yhdisteen muodostamiseksi. Molekyyliä pitää yhdessä sähköinen vetovoima positiivisesti varautuneen metallin ja negatiivisesti varautuneen ei-metallin välillä.
Kovalenttisessa sidoksessa-joka muodostuu ei-metallien välille-atomit yhdistyvät jakamalla elektroneja pienemmän energiatilan saavuttamiseksi, yleensä jälleen täyttämällä niiden ulkokuoret. Esimerkiksi hiiliatomi, joka on neljä lyhyttä täydestä ulkokuorista, voi muodostaa kovalenttisia sidoksia neljän vetyatomin kanssa, joista kukin on elektroni lyhyt, muodostaen metaanimolekyylin (CH4). Tällä tavalla kaikilla viidellä atomilla on täysikuori. Kovalenttiset sidokset pitävät yhdessä monimutkaisia orgaanisia molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä elämälle.
sähkö
Elektronien liikkuminen paikasta toiseen ilmenee sähköllä. Tämä voi tapahtua “staattisen” sähkön muodossa, jossa kitka saa nämä hiukkaset siirtymään materiaalista toiseen, jättäen sekä sähköisesti varautuneita että vetämään vetovoimaa muita kohteita kohtaan. Tämä dokumentoitiin ensimmäisen kerran muinaisessa Kreikassa, jolloin vaikutus syntyi hankaamalla meripihkaa turkiksella. Sana elektroni tulee itse asiassa kreikan sanasta meripihka.
Van de Graff -generaattoriksi kutsuttu laite käyttää tätä vaikutusta erittäin korkeiden jännitteiden tuottamiseen, jotka voivat tuottaa suuria kipinöitä.
Tunnetuin sähkön muoto on kuitenkin sähkövirta, joka syötetään koteihin ja teollisuuteen valon ja lämmön tuottamiseksi sekä eri laitteiden ja prosessien virran saamiseksi. Se koostuu elektronivirrasta sopivan materiaalin läpi, joka tunnetaan johtimena. Parhaat johtimet ovat metalleja, koska niiden ulkoelektronit ovat löysästi kiinni ja voivat liikkua helposti. Johtimen liike magneettikentän sisällä voi tuottaa elektronien virtauksen sen sisällä, mikä on vaikutus, jota käytetään laajamittaisessa sähköntuotannossa.
Historia
Ajatus siitä, että sähköä voi tulla pieninä, jakamattomina yksiköinä, oli ollut olemassa jo 19 -luvun alkupuolelta lähtien, mutta vuonna 1894 irlantilainen fyysikko G.Johnstone Stoney käytti ensimmäisen kerran termiä elektron kuvaamaan oletetun negatiivisen sähkövarauksen perusyksikköä. . Kolme vuotta myöhemmin brittiläinen fyysikko JJ Thompson tunnisti sen subatomisiksi hiukkasiksi. Vasta vuonna 1909 amerikkalainen kokeellinen fyysikko Robert Andrews Millikan mitasi sen varauksen nerokkaalla kokeella, joka oli hyvin tunnettu fysiikan opiskelijoille. Hän ripusti erikokoisia öljypisaroita säädettävään sähkökenttään ja laski tarvittavat varausmäärät estämään niiden putoamisen painovoiman vaikutuksesta. Kävi ilmi, että kaikki arvot olivat saman pienen yksikön kerrannaisia, joka oli yhden elektronin varaus.